智能化工程機械目前現狀及技術剖析

 

1概述

 

自動化工程機械一般可以分成三類：遙控操作工程機械、可編程控制工程機械和智能化工程機械。遙控操作工程機械經常被用于危險或人類難以進入的作業環境，如水下、高溫、高壓、核輻射環境，由操作者通過遠程控制完成作業任務。可編程控制工程機械通過改變工程機械的控制程序，完成不同的任務。可編程控制工程機械適合在結構化環境下進行工作，一旦外部施工環境和施工對象發生變化，則需要重新編寫控制程序。目前絕大多數自動化工程機械都是可編程的。智能化工程機械不需要操作人員的參與，通過安裝各種復雜的傳感器來獲取環境的信息，具有自我感知、自主決策、自動控制的功能。

 

工程機械的智能化，就是將智能化技術應用到工程機械中，用信息技術、計算機技術、控制技術等高新技術融入工程機械，以提高工程機械的操縱性、平穩性、舒適性，提高工作效率，并向智能化方向發展。智能化工程機械涉及機、電、液、聲、光和化學等學科，以計算機技術、控制技術、微電子技術、傳感器技術等為基礎，將多種技術組合起來進行機械內部的信息處理。智能化工程機械是智能機器人的一類，目前還正處于探索階段，預計在未來將具有廣闊的前景。

 

智能化系統的定義：具有（或部分具有）人類智能，能模擬（或部分模擬）人類智能的系統稱為智能化系統。其特征如下：（1）多信息感知與融合；（2）正確地識別、推理與決策；（3）聯想記憶；（4）自治控制，即自相似、自學習、自適應、自組織、自維護；（5）容錯。當然，就智能的高級形態而言，還有信念、意圖、喜愛、厭惡、誠摯、承諾等理性和情感的因素，這在當前“人為”的智能系統中還難以達到。工程機械智能化系統一般由獲得環境信息的傳感器、認識判斷由傳感器獲得的信息及控制實際作業的執行器3部分組成。

 

例如，當對剛爆炸破碎巖石進行挖掘作業時，其作業對象是破碎堆積物，必須用傳感器取得這種破碎堆積物的堆積狀況等三維信息和作業對象物以及自身（智能建設機器人）如何分離這些信息的方法。掌握破碎堆積物的堆積狀況，自身認識環境，接著，以計算機等存儲的知識為基礎，弄清如何進行實際的高效率作業，或者制定作業計劃，*后由執行此作業的計算機通過執行器發出指令，進行實際作業。但是工程機械的作業對象是自然界，很難具備有智能建設機器人適用的環境。地面狀況有軟有硬，含水率和透水性也隨場所而不同。特別是剛爆破而碎裂的堆積物，巖石的粒度不一定，含有大巖石時搬運困難。當進行挖掘或裝卸作業時，其作業環境隨時都在變化。即這些作業不僅沒有達到事前定型化的作業循環，而且在作業過程中還需要頻繁變更作業前制定的作業計劃。就是說，智能建設機器人一旦開始作業，要用另外的傳感器掌握作業的進行情況，碰到硬巖石或者因外部干擾而不能跟蹤目標軌道時，要求以知識庫為基礎，自律進行一系列的動作來變更作業計劃。

 

智能化技術現狀及展望就目前的科學技術水平而言，智能化技術在其各領域的應用中主要體現在先進計算機技術、精密傳感技術、智能控制技術、互聯網技術、無線遙控技術、GPS導航定位技術等的綜合應用。藉此達到優化作業環境，降低勞動強度，保證工作質量，提高生產效率的目的。另可使得一些人力不可及的作業得以完成。同時設備本身的自我感知與適應能力增強，故而可降低運行成本，延長使用壽命。各行業對智能化技術都有著不同程度和范圍的應用與嘗試。隨著調整經濟結構和轉變經濟模式進程的加深，智能化技術水平的提升及成熟，智能化優勢將得到廣泛體現，其應用范圍也會不斷擴大。展望未來，到本世紀中期，將有可能以認知科學技術為中心，把信息科學技術、生命科學技術和系統科學技術等高新科學技術結合起來，形成智能（認知）科學技術群。如果真正實現了，人類社會的經濟、文化、科學、技術就會產生更大的飛躍，人類文明必將達到一個新的高度。